วงจรทดสอบความจุแบตเตอรี่ที่แม่นยำ - เครื่องทดสอบเวลาสำรอง

วงจรทดสอบความจุแบตเตอรี่ที่แม่นยำซึ่งอธิบายไว้ในบทความต่อไปนี้สามารถใช้เพื่อทดสอบความจุสำรองสูงสุดของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้แบบเรียลไทม์

โดย Timothy John

แนวคิดพื้นฐาน

วงจรทำงานโดยการปล่อยแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วภายใต้การทดสอบผ่านกระแสคงที่จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าถึงค่าการคายประจุที่ลึก

ณ จุดนี้วงจร ตัดโดยอัตโนมัติ แบตเตอรี่จากแหล่งจ่ายในขณะที่นาฬิกาควอตซ์ที่เชื่อมต่อจะให้เวลาที่ผ่านไปซึ่งแบตเตอรี่ได้ให้การสำรองข้อมูล เวลาที่ผ่านไปของนาฬิกานี้จะแจ้งให้ผู้ใช้ทราบเกี่ยวกับความจุที่แม่นยำของแบตเตอรี่ตามกระแสที่ตั้งไว้

ตอนนี้เรามาเรียนรู้การทำงานโดยละเอียดของวงจร etster ความจุแบตเตอรี่ที่เสนอด้วยความช่วยเหลือของประเด็นต่อไปนี้:

มารยาทในการออกแบบ: Elektor Electronics

ขั้นตอนหลักของวงจร

จากแผนผังข้างต้นของเครื่องทดสอบเวลาสำรองแบตเตอรี่การออกแบบสามารถแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน:

• ขั้นตอนการจ่ายกระแสคงที่โดยใช้ IC1b
• Deep Discharge Cut off Stage โดยใช้ IC1a
• การตัดแหล่งจ่ายนาฬิกาควอตซ์ภายนอก 1.5 V

IC LM358 แบบออปแอมป์คู่ตัวเดียวใช้สำหรับการใช้งานทั้งสองอย่างการคายประจุกระแสคงที่และการปล่อยลึกจะตัดกระบวนการออก

ทั้งออปแอมป์จาก IC ถูกกำหนดค่าเป็นตัวเปรียบเทียบ

ตัวเปรียบเทียบ op amp IC1b ทำงานเหมือนกับตัวควบคุมการปล่อยกระแสคงที่ที่แม่นยำสำหรับแบตเตอรี่

การคายประจุแบตเตอรี่คงที่ในปัจจุบันทำงานอย่างไร

โหลดดัมมี่ดิสชาร์จในรูปแบบของตัวต้านทาน R8 ถึง R17 เชื่อมต่อระหว่างเทอร์มินัลต้นทาง MOSFET กับสายกราวด์

ขึ้นอยู่กับกระแสดิสชาร์จที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่เทียบเท่าจะถูกสร้างขึ้นบนตัวต้านทานแบบขนานเหล่านี้

การลดลงของแรงดันไฟฟ้านี้จะถูกบันทึกไว้และศักย์ไฟฟ้าเดียวกันจะถูกปรับบนอินพุตที่ไม่กลับด้านของแอมป์ IC1b ผ่าน P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

ขณะนี้ตราบใดที่แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้เอาต์พุตของแอมป์ op ยังคงสูงอยู่และ MOSFET จะยังคงเปิดอยู่โดยจะปล่อยแบตเตอรี่ตามอัตรากระแสคงที่ที่ต้องการ

อย่างไรก็ตามหากสมมติว่ากระแสมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากสาเหตุบางประการแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานธนาคารก็เพิ่มขึ้นทำให้ศักยภาพที่ขากลับของ IC1b ไปที่พินที่ไม่กลับด้าน 3 สิ่งนี้จะพลิกเอาต์พุตของ op amp ไปที่ 0V ทันทีเพื่อปิด MOSFET

เมื่อ MOSFET ปิดอยู่แรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานจะลดลงทันทีเช่นกันและ op amp จะเปิด MOSFET อีกครั้งและวงจรเปิด / ปิดนี้จะดำเนินต่อไปในอัตราที่รวดเร็วเพื่อให้แน่ใจว่าการปล่อยกระแสคงที่จะได้รับการบำรุงรักษาอย่างสมบูรณ์ตามที่กำหนดไว้ ระดับ.

วิธีการคำนวณค่าตัวต้านทานกระแสคงที่

ธนาคารตัวต้านทานแบบขนานที่เชื่อมต่อที่ขั้วต้นทางของ MOSFET T1 จะกำหนดภาระการจ่ายกระแสคงที่สำหรับแบตเตอรี่

ซึ่งจะเลียนแบบโหลดและอัตราการคายประจุที่แท้จริงซึ่งแบตเตอรี่อาจอยู่ภายใต้การทำงานปกติ

ถ้าก แบตเตอรี่กรดตะกั่ว ใช้แล้วเรารู้ว่าอัตราการปล่อยในอุดมคติควรเป็น 10% ของค่า Ah สมมติว่าเรามีแบตเตอรี่ 50 Ah อัตราการคายประจุควรเป็น 5 แอมป์ แบตเตอรี่อาจหมดในอัตราที่สูงขึ้นเช่นกัน แต่อาจส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ในทางลบอย่างร้ายแรงดังนั้น 5 แอมป์จึงกลายเป็นสิ่งที่ต้องการ

ตอนนี้สำหรับกระแส 5 แอมป์เราต้องตั้งค่าตัวต้านทานเพื่อให้มันพัฒนาได้ประมาณ 0.5 V ทั่วตัวเพื่อตอบสนองต่อกระแส 5 แอมป์

สิ่งนี้สามารถประเมินได้อย่างรวดเร็วผ่านกฎหมายโอห์ม:

R = V / I = 0.5 / 5 = 0.1 โอห์ม

เนื่องจากมีตัวต้านทาน 10 ตัวขนานกันค่าของตัวต้านทานแต่ละตัวจึงกลายเป็น 0.1 x 10 = 1 โอห์ม

กำลังวัตต์คำนวณได้ 0.5 x 5 = 2. 5 วัตต์

เนื่องจากตัวต้านทาน 10 ตัวขนานกันวัตต์ของตัวต้านทานแต่ละตัวจึงสามารถ = 2.5 / 10 = 0.25 วัตต์หรือเพียง 1/4 วัตต์ อย่างไรก็ตามเพื่อให้แน่ใจว่ามีการทำงานที่แม่นยำกำลังไฟอาจเพิ่มขึ้นเป็น 1/2 วัตต์สำหรับตัวต้านทานแต่ละตัว

วิธีการตั้งค่า Deep-Discharge Cut-off

การคายประจุแบบลึกจะถูกตัดออกซึ่งเป็นตัวกำหนดเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดสำหรับการสำรองแบตเตอรี่จะถูกจัดการโดย IC1a ของแอมป์

สามารถตั้งค่าได้ในลักษณะต่อไปนี้:

สมมติว่าระดับการคายประจุต่ำสุดสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12 V เป็น 10 V ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า P2 ถูกตั้งค่าไว้เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วต่อ K1 สร้าง 10 V

ซึ่งหมายความว่าตอนนี้การกลับ pin2 ของ op amp ถูกตั้งค่าไว้ที่การอ้างอิง 10 V ที่แม่นยำ

ตอนนี้ในตอนเริ่มต้นแรงดันแบตเตอรี่จะสูงกว่าระดับ 10 V นี้ทำให้พินอินพุตที่ไม่กลับด้านของ pin3 สูงกว่าพิน 2 ด้วยเหตุนี้เอาต์พุตของ IC1a จึงสูงทำให้รีเลย์สามารถเปิดได้

สิ่งนี้จะช่วยให้โวลต์ของแบตเตอรี่ไปถึง MOSFET สำหรับกระบวนการคายประจุ

ในที่สุดเมื่อแบตเตอรี่หมดต่ำกว่าเครื่องหมาย 10 V ศักย์พิน 3 ของ IC1a จะสูงกว่าพิน 2 ทำให้เอาต์พุตกลายเป็นศูนย์และรีเลย์จะปิด แบตเตอรี่ถูกตัดและหยุดไม่ให้คายประจุต่อไป

วิธีวัดเวลาสำรองข้อมูลที่ผ่านไป

ในการวัดความจุของแบตเตอรี่ด้วยภาพในแง่ของระยะเวลาที่แบตเตอรี่ถึงระดับการคายประจุเต็มที่จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีตัวบ่งชี้เวลาซึ่งจะแสดงเวลาที่ผ่านไปตั้งแต่เริ่มต้นจนกระทั่งแบตเตอรี่ถึงระดับการคายประจุอย่างเต็มที่ ระดับ.

สิ่งนี้สามารถทำได้ง่ายๆโดยเชื่อมต่อนาฬิกาแขวนควอตซ์ธรรมดากับมัน แบตเตอรี่ 1.5V ลบออก

ขั้นแรกให้ถอดแบตเตอรี่ 1.5 V ออกจากนาฬิกาจากนั้นขั้วแบตเตอรี่จะเชื่อมต่อกับจุดเชื่อมต่อ K4 โดยมีขั้วที่ถูกต้อง

ถัดไปนาฬิกาจะถูกปรับเป็น 12 0 นาฬิกา

ตอนนี้เมื่อเริ่มต้นวงจรคู่ที่สองของหน้าสัมผัสรีเลย์จะเชื่อมต่อ 1.5 V DC จากทางแยกของ R7 / D2 กับนาฬิกา

สิ่งนี้จะเพิ่มพลังให้กับนาฬิกาควอตซ์เพื่อให้สามารถแสดงเวลาที่ผ่านไปของกระบวนการคายประจุแบตเตอรี่

ในที่สุดเมื่อแบตเตอรี่หมดลงรีเลย์จะสลับและตัดการเชื่อมต่อกับนาฬิกา เวลาบนนาฬิกาค้างและบันทึกความจุของแบตเตอรี่ที่แม่นยำหรือเวลาสำรองจริงของแบตเตอรี่

ขั้นตอนการทดสอบ

เมื่อประกอบเครื่องทดสอบความจุแบตเตอรี่เสร็จแล้วคุณจะต้องเชื่อมต่ออุปกรณ์เสริมต่อไปนี้กับขั้วต่อต่างๆตั้งแต่ K1 ถึง K4

K1 ควรเชื่อมต่อกับโวลต์มิเตอร์สำหรับการตั้งค่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่ปล่อยลึกผ่านการปรับ P2

K2 สามารถเชื่อมต่อกับแอมป์มิเตอร์เพื่อตรวจสอบการคายประจุกระแสคงที่ของแบตเตอรี่แม้ว่าจะเป็นทางเลือกก็ตาม หากไม่ได้ใช้แอมมิเตอร์ที่ K2 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เพิ่มลิงค์ลวดข้ามจุด K2 แล้ว

ควรเชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่อยู่ระหว่างการทดสอบกับ K3 ด้วยขั้วที่ถูกต้อง

สุดท้ายควรเชื่อมต่อขั้วแบตเตอรี่ของนาฬิกาควอตซ์ผ่าน K4 ตามที่อธิบายไว้ในหัวข้อก่อนหน้านี้

เมื่อรวมรายการข้างต้นอย่างเหมาะสมและการตั้งค่า P1 / P2 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าตามคำอธิบายก่อนหน้านี้สวิตช์ S1 อาจถูกกดเพื่อเริ่มต้นกระบวนการทดสอบความจุของแบตเตอรี่

หากเชื่อมต่อแอมป์มิเตอร์เครื่องจะเริ่มแสดงการคายประจุกระแสคงที่ที่แม่นยำทันทีตามที่กำหนดโดยตัวต้านทานแหล่งที่มาของ MOSFET และนาฬิกาควอตซ์จะเริ่มบันทึกเวลาที่ผ่านไปของแบตเตอรี่